本發(fā)明涉及一種探針試驗(yàn)裝置和方法，尤其適用于超固結(jié)、非均質(zhì)土的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)測(cè)試時(shí)使用的硬土強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)測(cè)試的探針試驗(yàn)裝置和方法。

背景技術(shù)：

硬土強(qiáng)度介于巖石和土之間，常規(guī)土力學(xué)試驗(yàn)裝備由于加載能力不足對(duì)于硬土無(wú)能為力，常規(guī)巖石力學(xué)試驗(yàn)裝備在加載初期硬土就發(fā)生顯著破壞，不利于捕捉硬土變形破壞的力學(xué)過(guò)程。同時(shí)，硬土內(nèi)滑面、裂隙和孔洞發(fā)育，結(jié)構(gòu)性對(duì)其性質(zhì)影響也極為突出。目前，宏觀尺度的巖土地層界面和構(gòu)造參數(shù)測(cè)試一般采用物探、鉆探、槽探和洞探等方法，微觀微米或納米尺度孔隙的測(cè)試一般采用掃描電鏡、壓汞試驗(yàn)和ct掃描進(jìn)行測(cè)試，但試塊試樣內(nèi)介于微觀和宏觀之間的結(jié)構(gòu)特征測(cè)試，尚缺乏有效的裝置和方法。鑒于此，研究和試制硬土內(nèi)部軟弱帶和硬土強(qiáng)度的測(cè)試方法，是結(jié)構(gòu)性硬土土性質(zhì)測(cè)試研究的重要內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)試效果好的硬土強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)測(cè)試的探針試驗(yàn)裝置和方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的硬土強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)測(cè)試的探針試驗(yàn)裝置，其特征在于：它包括設(shè)置在壓力機(jī)上壓頭和壓力機(jī)工作臺(tái)之間的探針固定架、探針、計(jì)算機(jī)、位移計(jì)和上方設(shè)有試樣保護(hù)帽的柱狀硬土試樣；

所述探針固定架包括探針固定板，探針固定板四角上分別設(shè)有將探針固定板固定在壓力機(jī)上壓頭上的強(qiáng)力磁鐵，探針固定板中心設(shè)有拉壓應(yīng)力傳感器，拉壓應(yīng)力傳感器上垂直設(shè)有探針?biāo)黝^，拉壓應(yīng)力傳感器兩側(cè)在探針固定板上設(shè)有固定孔，探針固定板、拉壓應(yīng)力傳感器和探針鎖頭利用膠水連接，探針鎖頭上設(shè)有探針，探針直徑0.5-3mm，硬土試樣設(shè)置在探針正下方的壓力機(jī)工作臺(tái)上；所述位移計(jì)上端固定在壓力機(jī)上壓頭上，位移計(jì)下端采用磁鐵吸附在壓力機(jī)工作臺(tái)上；

所述拉壓應(yīng)力傳感器和所述位移計(jì)通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連接，用于采集貫入阻力和貫入深度。

所述試樣保護(hù)帽上均勻設(shè)有多個(gè)探孔，探孔與探針直徑相匹配，探孔位置按順序采用激光刻寫編碼和精確記錄探孔中心坐標(biāo)，試樣保護(hù)帽的外徑與采集柱狀硬土試樣的環(huán)刀內(nèi)徑配合一致，探孔直徑大于探針0.2mm；所述探針?biāo)黝^為可調(diào)結(jié)構(gòu)，用于更換不同長(zhǎng)度和直徑的探針。

一種硬土強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)測(cè)試試驗(yàn)方法，其步驟如下：

a.試驗(yàn)前先在擬定區(qū)域采集原狀硬土樣，利用環(huán)刀制成柱狀試樣，其上下表面保持平行且上表面低于環(huán)刀上口2mm，每個(gè)被測(cè)地層制備2-3件柱狀試樣，放置入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)待用，試驗(yàn)全過(guò)程中柱狀試樣始終處于環(huán)刀的側(cè)限邊界條件和保護(hù)之下；

b.試驗(yàn)采用伺服壓力機(jī)的控制系統(tǒng)提供加載條件：控制壓力機(jī)抬起壓力機(jī)上壓頭，在壓頭和壓力機(jī)工作臺(tái)之間安裝位移計(jì)，利用強(qiáng)力磁鐵將探針固定板吸附固定在壓力機(jī)的上壓頭上，利用螺栓通過(guò)固定孔將探針固定板固定牢固，然后根據(jù)硬土試樣的強(qiáng)度，按照高強(qiáng)度小直徑、低強(qiáng)度大直徑的原則選擇探針直徑，將探針垂直向下固定在探針?biāo)黝^上，安裝拉壓應(yīng)力傳感器和位移計(jì)并與計(jì)算機(jī)相連接；

c.選擇探孔與探針直徑匹配的試樣保護(hù)帽，在探針?biāo)黝^正下方的壓力機(jī)工作臺(tái)上平穩(wěn)地放置硬土試樣，在硬土試樣上安裝試樣保護(hù)帽，使試樣保護(hù)帽與硬土試樣接實(shí)并嵌入環(huán)刀內(nèi)；

d.緩慢下降壓力機(jī)上壓頭直至探針接觸試樣保護(hù)帽，手握環(huán)刀緩慢移動(dòng)試樣，在保護(hù)帽上選擇一個(gè)探孔作為測(cè)試孔，使探孔與探針對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行進(jìn)行預(yù)貫入測(cè)試，

采用位移計(jì)與拉壓應(yīng)力傳感器連接電腦采集探針貫入過(guò)程的應(yīng)力和變形參數(shù)，進(jìn)行硬土試樣強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)測(cè)試采用應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式加載方式的兩者之一驅(qū)動(dòng)探針，采用應(yīng)力控制式加載方式時(shí)，探針以固定應(yīng)力貫入試樣，檢測(cè)貫入速率；采用應(yīng)變控制式加載方式驅(qū)動(dòng)時(shí)，探針以固定應(yīng)變速率勻速貫入試樣檢測(cè)貫入阻力，貫入應(yīng)變速率根據(jù)試樣強(qiáng)度多級(jí)可選，其范圍為0.01–5mm/min，土質(zhì)堅(jiān)硬取小值，土質(zhì)軟弱取大值；

c.利用計(jì)算機(jī)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，在應(yīng)變控制式加載條件下，當(dāng)繪制出的貫入深度——貫入阻力曲線出現(xiàn)突然下跌的近似平底谷狀曲線時(shí)即判斷試樣內(nèi)部存在軟弱帶；在應(yīng)力控制式加載條件下，當(dāng)繪制出的貫入深度——貫入速度曲線出現(xiàn)突然躍起的近似平頂山峰狀曲線時(shí)即判斷當(dāng)前的硬土試樣內(nèi)部存在軟弱帶；

d.當(dāng)獲得硬土試樣多個(gè)探孔的軟弱帶分布的上下界位置后，利用計(jì)算機(jī)按探孔坐標(biāo)和軟弱帶的上下界，重建試樣軟弱帶的空間結(jié)構(gòu)，根據(jù)探針截面積和貫入荷載，獲得硬土試樣不同位置的貫入阻力分布特征，采用統(tǒng)計(jì)方法研究試樣的強(qiáng)度。

所述在以應(yīng)變控制式加載方式試驗(yàn)時(shí):

a1.預(yù)貫入測(cè)試主要用于調(diào)整探針直徑和檢測(cè)試樣保護(hù)帽與探針的配合情況，在啟動(dòng)伺服壓力機(jī)加載和觀測(cè)貫入阻力曲線、貫入應(yīng)變曲線的同時(shí)，觀察探針貫入試樣的情況：當(dāng)探針卡在試樣保護(hù)帽上時(shí)，立即停止試驗(yàn)，調(diào)整試樣表面水平和試樣保護(hù)帽的探孔與探針同軸；當(dāng)貫入阻力——貫入深度曲線無(wú)明顯波動(dòng)時(shí)，停止試驗(yàn)，更換稍大直徑探針；當(dāng)探針有肉眼可見(jiàn)的明顯彎曲或貫入阻力急劇增大時(shí)，立即停止試驗(yàn)防止崩斷，更換稍小直徑探針；

b1在確定探針直徑后，保持環(huán)刀與試樣保護(hù)帽相對(duì)位置固定不變，整體轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)刀和硬土試樣，緩慢下降壓力機(jī)上壓頭直至探針接觸試樣保護(hù)帽，微微調(diào)整硬土試樣使探針對(duì)準(zhǔn)保護(hù)帽上的一個(gè)非測(cè)試孔的探孔，探針接觸試樣后壓力機(jī)上壓頭停止下降使垂直荷載清零，完成一次硬土試樣的探孔測(cè)試；

c1.按照隔一孔測(cè)一孔的方式從保護(hù)帽任意位置探孔開(kāi)始測(cè)試，逐步在所有探孔位置進(jìn)行貫入測(cè)試，測(cè)試的同時(shí)利用計(jì)算機(jī)記錄壓力機(jī)荷載、位移計(jì)讀數(shù)和拉壓應(yīng)力傳感器讀數(shù)，計(jì)算機(jī)中根據(jù)記錄的讀數(shù)生成應(yīng)力和應(yīng)變曲線，同時(shí)肉眼觀察探針貫入硬土試樣情況，當(dāng)出現(xiàn)拉壓應(yīng)力傳感器讀數(shù)超過(guò)量程90％、肉眼觀察探針彎曲、卡住試樣保護(hù)帽的探孔、探針貫入深度達(dá)到60mm，上述四種情況之一時(shí)則立即停止試驗(yàn)并抬起壓力機(jī)上壓頭；

d1.調(diào)整硬土試樣的平面位置，重復(fù)步驟a1-c1，根據(jù)試樣保護(hù)帽探孔位置，逐孔進(jìn)行貫入測(cè)試和獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

所述在以應(yīng)力控制式加載方式試驗(yàn)時(shí)：

a2.預(yù)貫入測(cè)試主要用于調(diào)整探針直徑和檢測(cè)試樣保護(hù)帽與探針的配合情況，在啟動(dòng)伺服壓力機(jī)加載和觀測(cè)貫入阻力曲線、貫入應(yīng)變曲線的同時(shí)，觀察探針貫入試樣的情況：當(dāng)探針卡在試樣保護(hù)帽上時(shí)，立即停止試驗(yàn)，調(diào)整試樣表面水平和試樣保護(hù)帽的探孔與探針同軸；當(dāng)貫入阻力——貫入深度曲線無(wú)明顯波動(dòng)時(shí)，停止試驗(yàn)，更換稍大直徑探針；當(dāng)探針有肉眼可見(jiàn)的明顯彎曲或貫入阻力急劇增大時(shí)，立即停止試驗(yàn)防止崩斷，更換稍小直徑探針；

b2.獲得硬土貫入的探針直徑和最大貫入阻力后按照[0,2倍貫入阻力]的范圍，分為5-8級(jí)荷載，作為應(yīng)力控制式加載的貫入應(yīng)力；

c2.在確定探針直徑后，保持環(huán)刀與試樣保護(hù)帽相對(duì)位置固定不變，整體轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)刀和硬土試樣，緩慢下降壓力機(jī)上壓頭直至探針接觸試樣保護(hù)帽，微微調(diào)整硬土試樣使探針對(duì)準(zhǔn)保護(hù)帽上的一個(gè)非測(cè)試孔的探孔，探針接觸試樣后壓力機(jī)上壓頭停止下降使垂直荷載清零，完成一次硬土試樣的探孔測(cè)試；

d2.按照隔一孔測(cè)一孔的方式從保護(hù)帽任意位置探孔開(kāi)始測(cè)試，逐步在所有探孔位置進(jìn)行貫入測(cè)試，測(cè)試的同時(shí)利用計(jì)算機(jī)記錄壓力機(jī)荷載、位移計(jì)讀數(shù)和拉壓應(yīng)力傳感器讀數(shù)，計(jì)算機(jī)中根據(jù)記錄的讀數(shù)生成應(yīng)力和應(yīng)變曲線，同時(shí)肉眼觀察探針貫入硬土試樣情況，當(dāng)出現(xiàn)拉壓應(yīng)力傳感器讀數(shù)超過(guò)量程90％、肉眼觀察探針彎曲、卡住試樣保護(hù)帽的探孔、探針貫入深度達(dá)到60mm，上述四種情況之一時(shí)則立即停止試驗(yàn)并抬起壓力機(jī)上壓頭。

所述采集硬土試樣的環(huán)刀直徑為39.1-100mm、高度70mm，采集的硬土試樣為高度68mm的柱狀硬土試樣，柱狀硬土試樣上端距離環(huán)刀頂部預(yù)留有裝試樣保護(hù)帽的2mm空間高度。

有益效果：本發(fā)明通過(guò)在壓力機(jī)上設(shè)置探針和硬土試樣，利用計(jì)算機(jī)采集壓力機(jī)帶動(dòng)探針貫入硬土和檢測(cè)貫入阻力或貫入速度，通過(guò)采集探針貫入硬土試樣時(shí)的信息來(lái)判斷硬土試樣的貫入跡線上是否存在軟弱帶，并還原出軟弱帶的在硬土試樣內(nèi)的三維分布和結(jié)構(gòu)，硬土試樣結(jié)構(gòu)識(shí)別更加形象直觀；

通過(guò)在硬土試樣多次分布式貫入阻力采集獲得充分的硬土強(qiáng)度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，硬土強(qiáng)度參數(shù)確定可采用統(tǒng)計(jì)方法并提高可靠性；

不改變既有壓力機(jī)結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)裝置拆裝方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；

試驗(yàn)檢測(cè)既可依靠壓力機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)也可獨(dú)立完成，采集的數(shù)據(jù)詳細(xì)可靠；通過(guò)調(diào)整探針尺度、環(huán)刀和試樣保護(hù)帽尺寸可適應(yīng)多尺寸試驗(yàn)和多類硬土，適應(yīng)性廣。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的機(jī)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的探針固定架結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明試樣保護(hù)帽結(jié)構(gòu)圖。

圖4為本發(fā)明的硬土試樣結(jié)構(gòu)圖。

圖5(a)為本發(fā)明的貫入方式與硬土結(jié)構(gòu)識(shí)別示意圖。

圖5(b)為本發(fā)明的貫入硬土結(jié)構(gòu)曲線圖。

圖6(a)為本發(fā)明實(shí)施例探針第一次貫入位移與貫入荷載曲線。

圖6(b)為本發(fā)明實(shí)施例探針第二次貫入位移與貫入荷載曲線。

圖中：1-壓力機(jī)上壓頭，2-探針固定板，3-強(qiáng)力磁鐵，4-拉壓應(yīng)力傳感器，5-數(shù)據(jù)線，6-探針?biāo)黝^，7-探針，8-試樣保護(hù)帽，9-軟弱帶，10-柱狀試樣，11-壓力機(jī)工作臺(tái)，12-位移計(jì)，13-固定孔，14-探孔，15-環(huán)刀。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明:

如圖1所示一種硬土強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)測(cè)試的探針試驗(yàn)裝置，其特征在于：它包括設(shè)置在壓力機(jī)上壓頭1和壓力機(jī)工作臺(tái)(11)之間的探針固定架、探針7、計(jì)算機(jī)、位移計(jì)12和上方設(shè)有試樣保護(hù)帽8的柱狀硬土試樣10；

如圖2和圖3所示，探針固定架包括探針固定板2，探針固定板2四角上分別設(shè)有將探針固定板2固定在壓力機(jī)上壓頭1上的強(qiáng)力磁鐵3，探針固定板2中心設(shè)有拉壓應(yīng)力傳感器4，拉壓應(yīng)力傳感器4上垂直設(shè)有探針?biāo)黝^6，拉壓應(yīng)力傳感器4兩側(cè)在探針固定板2上設(shè)有固定孔13，探針固定板2、拉壓應(yīng)力傳感器4和探針鎖頭6利用膠水連接，探針鎖頭6上設(shè)有探針7，探針7直徑0.5-3mm，硬土試樣10設(shè)置在探針7正下方的壓力機(jī)工作臺(tái)11上；所述位移計(jì)12上端固定在壓力機(jī)上壓頭1上，位移計(jì)12下端采用磁鐵吸附在壓力機(jī)工作臺(tái)11上；，所述探針?biāo)黝^6為可調(diào)結(jié)構(gòu)，用于更換不同長(zhǎng)度和直徑的探針7

所述拉壓應(yīng)力傳感器4和所述位移計(jì)12通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)相連接，用于采集貫入阻力和貫入深度。

如圖3和圖4所示，所述試樣保護(hù)帽8上均勻設(shè)有多個(gè)探孔13，探孔13與探針8直徑相匹配，探孔位置按順序采用激光刻寫編碼和精確記錄探孔中心坐標(biāo)，試樣保護(hù)帽的外徑與采集柱狀硬土試樣10的環(huán)刀15內(nèi)徑配合一致，探孔14直徑大于探針0.2mm。

一種硬土強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)測(cè)試的試驗(yàn)方法，其步驟如下：

a.試驗(yàn)前先在擬定區(qū)域采集原狀硬土樣，利用環(huán)刀15制成柱狀試樣10，其上下表面保持平行且上表面低于環(huán)刀15上口2mm，每個(gè)被測(cè)地層制備2-3件柱狀試樣10，放置入恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)待用，試驗(yàn)全過(guò)程中柱狀試樣10始終處于環(huán)刀15的側(cè)限邊界條件和保護(hù)之下；

b.試驗(yàn)采用伺服壓力機(jī)的控制系統(tǒng)提供加載條件：控制壓力機(jī)抬起壓力機(jī)上壓頭1，在壓頭1和壓力機(jī)工作臺(tái)(11)之間安裝位移計(jì)12，利用強(qiáng)力磁鐵3將探針固定板2吸附固定在壓力機(jī)的上壓頭1上，利用螺栓通過(guò)固定孔13將探針固定板固定牢固，然后根據(jù)硬土試樣10的強(qiáng)度，按照高強(qiáng)度小直徑、低強(qiáng)度大直徑的原則選擇探針7直徑，將探針7垂直向下固定在探針?biāo)黝^6上，安裝拉壓應(yīng)力傳感器4和位移計(jì)12并與計(jì)算機(jī)相連接；

c.選擇探孔14與探針7直徑匹配的試樣保護(hù)帽8，在探針?biāo)黝^6正下方的壓力機(jī)工作臺(tái)11上平穩(wěn)地放置硬土試樣10，在硬土試樣10上安裝試樣保護(hù)帽8，使試樣保護(hù)帽8與硬土試樣10接實(shí)并嵌入環(huán)刀15內(nèi)；

d.緩慢下降壓力機(jī)上壓頭1直至探針7接觸試樣保護(hù)帽8，手握環(huán)刀15緩慢移動(dòng)試樣10，在保護(hù)帽8上選擇一個(gè)探孔14作為測(cè)試孔，使探孔14與探針7對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行進(jìn)行預(yù)貫入測(cè)試，采用位移計(jì)12與拉壓應(yīng)力傳感器4連接電腦采集探針7貫入過(guò)程的應(yīng)力和變形參數(shù)，進(jìn)行硬土試樣10強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)測(cè)試采用應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式加載方式的兩者之一驅(qū)動(dòng)探針7，如圖5a和圖6b所示，采用應(yīng)力控制式加載方式時(shí)，探針7以固定應(yīng)力貫入試樣10，檢測(cè)貫入速率；采用應(yīng)變控制式加載方式驅(qū)動(dòng)時(shí)，探針7以固定應(yīng)變速率勻速貫入試樣10檢測(cè)貫入阻力，貫入應(yīng)變速率根據(jù)試樣強(qiáng)度多級(jí)可選，其范圍為0.01–5mm/min，土質(zhì)堅(jiān)硬取小值，土質(zhì)軟弱取大值；

e.利用計(jì)算機(jī)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，在應(yīng)變控制式加載條件下，當(dāng)繪制出的貫入深度——貫入阻力曲線出現(xiàn)突然下跌的近似平底谷狀曲線時(shí)即判斷試樣10內(nèi)部存在軟弱帶；在應(yīng)力控制式加載條件下，當(dāng)繪制出的貫入深度——貫入速度曲線出現(xiàn)突然躍起的近似平頂山峰狀曲線時(shí)即判斷當(dāng)前的硬土試樣10內(nèi)部存在軟弱帶；

f.當(dāng)獲得硬土試樣10多個(gè)探孔14的軟弱帶9分布的上下界位置后，利用計(jì)算機(jī)按探孔14坐標(biāo)和軟弱帶9的上下界，重建試樣軟弱帶9的空間結(jié)構(gòu)，根據(jù)探針7截面積和貫入荷載，獲得硬土試樣10不同位置的貫入阻力分布特征，采用統(tǒng)計(jì)方法研究試樣的強(qiáng)度。

所述在以應(yīng)變控制式加載方式試驗(yàn)時(shí):

a1.預(yù)貫入測(cè)試主要用于調(diào)整探針7直徑和檢測(cè)試樣保護(hù)帽8與探針7的配合情況，在啟動(dòng)伺服壓力機(jī)加載并觀測(cè)貫入阻力曲線、貫入應(yīng)變曲線的同時(shí)，觀察探針7貫入試樣10的情況：當(dāng)探針7卡在試樣保護(hù)帽8上時(shí)，立即停止試驗(yàn)，調(diào)整試樣10表面水平和試樣保護(hù)帽8的探孔14與探針7同軸；當(dāng)貫入阻力——貫入深度曲線無(wú)明顯波動(dòng)時(shí)，停止試驗(yàn)，更換稍大直徑探針；當(dāng)探針7有肉眼可見(jiàn)的明顯彎曲或貫入阻力急劇增大時(shí)，立即停止試驗(yàn)防止崩斷，更換稍小直徑探針；

b1在確定探針7直徑后，設(shè)定應(yīng)變控制式加載的應(yīng)變速率，保持環(huán)刀15與試樣保護(hù)帽8相對(duì)位置固定不變，整體轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)刀15和硬土試樣10，緩慢下降壓力機(jī)上壓頭1直至探針7接觸試樣保護(hù)帽8，微微調(diào)整硬土試樣使探針7對(duì)準(zhǔn)保護(hù)帽8上一個(gè)未測(cè)試過(guò)的探孔14，探針7接觸試樣后，壓力機(jī)上壓頭1停止下降，令垂直荷載清零后完成一次硬土試樣的探針測(cè)試；

c1.按照隔一孔測(cè)一孔的方式從保護(hù)帽8任意位置探孔14開(kāi)始測(cè)試，逐步在所有探孔14位置進(jìn)行貫入測(cè)試，測(cè)試的同時(shí)利用計(jì)算機(jī)記錄壓力機(jī)荷載、位移計(jì)12讀數(shù)和拉壓應(yīng)力傳感器4讀數(shù)，計(jì)算機(jī)中根據(jù)記錄的讀數(shù)生成應(yīng)力和應(yīng)變曲線，同時(shí)肉眼觀察探針7貫入硬土試樣10情況，當(dāng)出現(xiàn)拉壓應(yīng)力傳感器4讀數(shù)超過(guò)量程90％、肉眼觀察探針7彎曲、卡住試樣保護(hù)帽8的探孔14、探針7貫入深度達(dá)到60mm，上述四種情況之一時(shí)則立即停止試驗(yàn)并抬起壓力機(jī)上壓頭1；

d1.調(diào)整硬土試樣10的平面位置，重復(fù)步驟a1-c1，根據(jù)試樣保護(hù)帽8探孔14位置，逐孔進(jìn)行貫入測(cè)試和獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

所述在以應(yīng)力控制式加載方式試驗(yàn)時(shí)：

a2.預(yù)貫入測(cè)試主要用于調(diào)整探針7直徑和檢測(cè)試樣保護(hù)帽8與探針7的配合情況，在啟動(dòng)伺服壓力機(jī)加載和觀測(cè)貫入阻力曲線、貫入應(yīng)變曲線的同時(shí)，觀察探針7貫入試樣10的情況：當(dāng)探針7卡在試樣保護(hù)帽8上時(shí)，立即停止試驗(yàn)，調(diào)整試樣10表面水平和試樣保護(hù)帽8的探孔14與探針7同軸；當(dāng)貫入阻力——貫入深度曲線無(wú)明顯波動(dòng)時(shí)，停止試驗(yàn)，更換稍大直徑探針；當(dāng)探針7有肉眼可見(jiàn)的明顯彎曲或貫入阻力急劇增大時(shí)，立即停止試驗(yàn)防止崩斷，更換稍小直徑探針；

b2.獲得硬土貫入的探針直徑和最大貫入阻力后按照[0,2倍貫入阻力]的范圍，分為5-8級(jí)荷載，作為應(yīng)力控制式加載的貫入應(yīng)力；

c2.在確定探針7直徑后，設(shè)定應(yīng)力控制式加載的第一級(jí)荷載，保持環(huán)刀15與試樣保護(hù)帽8相對(duì)位置固定不變，整體轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)刀15和硬土試樣10，緩慢下降壓力機(jī)上壓頭1直至探針7接觸試樣保護(hù)帽8，微微調(diào)整硬土試樣使探針7對(duì)準(zhǔn)保護(hù)帽8上一個(gè)為測(cè)試過(guò)的探孔14，探針7接觸試樣后，壓力機(jī)上壓頭1停止下降，令垂直荷載清零后完成一次硬土試樣探針測(cè)試；

d2.根據(jù)b2確定的荷載，按照隔一孔測(cè)一孔方式更換探孔14，施加第二級(jí)荷載，重復(fù)c2相同的測(cè)試，測(cè)試的同時(shí)利用計(jì)算機(jī)記錄壓力機(jī)荷載、位移計(jì)12讀數(shù)和拉壓應(yīng)力傳感器4讀數(shù)，直至完成所有級(jí)別荷載測(cè)試，以貫入過(guò)程中貫入速率隨時(shí)間出現(xiàn)明顯波動(dòng)的荷載級(jí)別確定為較優(yōu)荷載；

e2.按照較優(yōu)荷載設(shè)定應(yīng)力控制式加載的荷載，按隔一孔測(cè)一孔的方式從保護(hù)帽8任意位置未測(cè)試過(guò)探孔14開(kāi)始測(cè)試，逐步在所有探孔14位置進(jìn)行貫入測(cè)試，測(cè)試的同時(shí)利用計(jì)算機(jī)記錄壓力機(jī)荷載、位移計(jì)12讀數(shù)和拉壓應(yīng)力傳感器4讀數(shù)，計(jì)算機(jī)中根據(jù)記錄的讀數(shù)生成應(yīng)力和應(yīng)變曲線，同時(shí)肉眼觀察探針7貫入硬土試樣10情況，當(dāng)出現(xiàn)拉壓應(yīng)力傳感器4讀數(shù)超過(guò)量程90％、肉眼觀察探針7彎曲、卡住試樣保護(hù)帽8的探孔14、探針7貫入深度達(dá)到60mm，上述四種情況之一時(shí)則立即停止試驗(yàn)并抬起壓力機(jī)上壓頭1。

所述采集硬土試樣10的環(huán)刀15直徑為39.1-100mm、高度70mm，采集的硬土試樣10為高度68mm的柱狀硬土試樣10，柱狀硬土試樣10上端距離環(huán)刀15頂部預(yù)留有裝試樣保護(hù)帽8的2mm空間高度。

實(shí)施例一：試樣取自河南省禹州市某礦井k-10鉆孔，取樣深度110.2m，為新近系中部砂質(zhì)黏土，單軸抗壓強(qiáng)度接近1mpa。試樣制備時(shí)，用削土刀將原狀土的上下表面削平后安裝在三軸試樣制樣器上，用削土刀切至接近50mm直徑時(shí)卸下土樣，采用內(nèi)徑50mm、高度70mm特制環(huán)刀15，用切土刀邊削土樣邊壓入環(huán)刀15，頂部預(yù)留2mm安裝試樣保護(hù)帽9，共制備硬土試樣10兩個(gè)，放入養(yǎng)護(hù)瓶待用。

試驗(yàn)采用1.1mm直徑、長(zhǎng)80mm探針7，外徑50mm試樣保護(hù)帽8，探孔14直徑1.2mm，探孔14間距10mm，按照試驗(yàn)步驟進(jìn)行貫入試驗(yàn)。其要點(diǎn)是：先啟動(dòng)壓力機(jī)，抬起上壓頭1到合適高度，安裝好探針固定架2和探針7，檢測(cè)探針7垂直后在切割出平面的原狀土上進(jìn)行預(yù)貫入測(cè)試，探針7工作穩(wěn)定后提起上壓頭1；將安裝好試樣保護(hù)帽8的環(huán)刀15連同試樣緩慢推至壓力機(jī)工作臺(tái)11中央，緩慢落下上壓頭1和探針7，按照隔一探一的方式逐個(gè)對(duì)準(zhǔn)探孔14，調(diào)整壓力設(shè)置、位移設(shè)置，最大行程設(shè)置為60mm，清零后啟動(dòng)貫入程序和采集程序，觀察探針7的彎曲情況和壓力機(jī)反饋的貫入阻力，直至逐一探孔14完成兩個(gè)試樣的貫入探測(cè)。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以貫入位移s為橫坐標(biāo)，貫入荷載q為縱坐標(biāo)，繪制q-s曲線，如圖6所示。其中圖6a為第一次貫入，圖6b為第二次貫入。由圖6a可見(jiàn)，在貫入位移離試樣頂部9-18mm和27-39mm兩個(gè)區(qū)間，貫入荷載明顯處于“低谷”，谷底平緩，可判斷試樣內(nèi)部存在兩個(gè)軟弱帶；圖6b驗(yàn)證了圖6a結(jié)果，在貫入位移離硬土試樣10頂部14-21mm和26-41mm區(qū)間，同樣有軟弱帶分布，但空間分布位置略有變化。如果獲得多個(gè)探孔14的軟弱帶分布特征，則可重建試樣軟弱帶的空間結(jié)構(gòu)。根據(jù)探針截面積和貫入荷載，可獲得不同位置的貫入阻力分布特征，在貫入跡線上按照不同分段長(zhǎng)度，采集貫入阻力，作為統(tǒng)計(jì)分析的樣本，當(dāng)分段長(zhǎng)度不影響貫入阻力分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律時(shí)，求出貫入阻力的平均值和樣本方差，與硬土試樣的宏觀力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行比較并建立強(qiáng)度關(guān)系，從而采用統(tǒng)計(jì)方法研究試樣的強(qiáng)度。